FE-basierte Rückfederungsvorhersage von Blechumformprozessen aus Leichtbauwerkstoffen unter Berücksichtigung der anisotropen Verfestigung

Laufzeit:

Start: 1. Februar 2019
Ende: 31. Januar 2021

Kurzbeschreibung

Leichtbaumaßnahmen ermöglichen eine Reduzierung des Gewichts von Verkehrsmitteln und liefern somit einen Beitrag, um die wachsenden Anforderungen an niedrigere Emissionswerte und einer Steigerung der Nutzlast zu erfüllen. Deshalb sind insbesondere Leichtbauwerkstoffe, wie Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen, in der Automobilindustrie und Luftfahrt von Bedeutung. Da Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur über ein begrenztes Formänderungsvermögen verfügen, werden diese vor allem bei erhöhten Temperaturen umgeformt. Des Weiteren haben vorhergehende Untersuchungen aufgezeigt, dass diese Werkstoffe anisotrop verfestigen und unter Zug-Druck-Belastung ein temperaturabhängiges asymmetrisches Werkstoffverhalten aufweisen. Nach dem aktuellen Stand der Forschung sind neue Ansätze erforderlich, um das asymmetrische Verfestigungsverhalten von Magnesium- und höherfesten Aluminiumlegierungen mittels geeigneter Materialmodelle abbilden zu können.

In diesem Forschungsprojekt werden deshalb ausgewählte Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen hinsichtlich der anisotropen Verfestigung und des zug-druck-asymmetrischen Werkstoffverhaltens untersucht. Mithilfe isothermer Kalt- und Halbwarmversuche zwischen der Raumtemperatur und 200°C werden relevante Werkstoffkennwerte ermittelt, um Stützstellen für ein Werkstoffmodell bereitzustellen. Zur Charakterisierung der Werkstoffkennwerte werden uniaxiale Zug- und Druckversuche sowie Scherzug- und hydraulische Tiefungsversuche durchgeführt. Nach dem Stand der Forschung sind die Zusammenhänge zwischen der Gefügestruktur und der Zug-Druck-Asymmetrie von höherfesten Aluminiumlegierungen unzureichend bestimmt. Deshalb werden die uniaxialen Zug- und Druckversuche zudem metallographisch analysiert, um die Veränderung des Gefüges nach einer Zug- bzw. Druckbelastung zu erfassen. Das Werkstoffverhalten wird anhand der zuvor experimentell ermittelten Stützstellen modelliert, indem geeignete Fließkriterien ausgewählt, identifiziert und hinsichtlich der Abbildungsgenauigkeit klassifiziert werden. Dabei wird das identifizierte Materialmodell sowohl um die anisotrope Verfestigung als auch um die Temperaturabhängigkeit erweitert und mittels eines Referenzmodells bewertet. Das erweiterte Werkstoffmodell wird in eine industrienahe Simulationsumgebung implementiert und anschließend durch den Vergleich mit den experimentell ermittelten Fließkurven verifiziert. Zur Validierung des entwickelten Werkstoffmodells wird der reale Rückfederungswinkel eines tiefgezogenen Kreuzprofils bestimmt und mit dem prognostizierten Rückfederungswinkel eines Simulationsmodells verglichen. Nachfolgend wird das erweiterte Materialmodell bezüglich der Vorhersagegenauigkeit des Rückfederungsverhaltens bewertet.

Forschungsgruppen

• Werkstoffcharakterisierung und Modellierung

Publikationen